DE102012201014A1

DE102012201014A1 - Getriebesteuermodul mit Öl-resistenten Leiterbahnen

Info

Publication number: DE102012201014A1
Application number: DE201210201014
Authority: DE
Inventors: Andreas Otto; Sabrina Rathgeber; Marc Fischer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-01-24
Filing date: 2012-01-24
Publication date: 2013-07-25
Also published as: WO2013110416A1; CN104067030A; KR20140124363A; EP2807405A1; CN104067030B

Abstract

Es wird ein Getriebesteuermodul (1) für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Elektrische Bauteile (7, 9, 11) dienen zur Implementierung einer Getriebekontrollfunktion und sind mit Hilfe von Leiterbahnen (5) untereinander verschaltet. Erfindungsgemäß bestehen die Leiterbahnen (5) im Wesentlichen aus einem anderen elektrisch leitfähigen Material als Kupfer. Durch ein Ersetzen von kupferhaltigen Leiterbahnen durch andere elektrisch leitfähige Leiterbahnen beispielsweise aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff oder aus Nickel, Gold, Zinn, Silber oder Palladium kann vermieden werden, dass die Leiterbahnen beispielsweise bei einem Kontakt mit chemisch aggressivem Getriebeöl angegriffen werden und es zu einer Funktionsstörung des Getriebesteuermoduls kommt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebesteuermodul für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer Leiterplatte in einem Kraftfahrzeug.
Stand der Technik
In modernen Kraftfahrzeugen werden in vielfältiger Weise elektrische Schaltungen eingesetzt, beispielsweise zur Steuerung von Fahrzeugkomponenten wie z.B. einem Automatikgetriebe. Bei solchen elektrischen Schaltungen werden elektrische Bauteile wie beispielsweise Widerstände, Dioden, Transistoren, ICs, etc. miteinander verschaltet. Zur Verschaltung der Bauteile werden meist Leiterbahnen eingesetzt, die die Bauteile elektrisch miteinander verbinden. Die Bauteile können dabei auf einem Schaltungsträger wie beispielsweise einer Leiterplatte angeordnet werden, wobei die Leiterbahnen Teil des Schaltungsträgers sind.
Beispielsweise werden in modernen Kraftfahrzeugen zur Steuerung von Getriebefunktionen Getriebesteuermodule eingesetzt. Diese Getriebesteuermodule können vorzugsweise direkt in einem Gehäuse des Getriebes untergebracht sein. Dabei kommt das Getriebesteuermodul üblicherweise in Kontakt mit den in dem Getriebe aufgenommenen aggressiven Fluiden wie z.B. Getriebeöl.
DE 10 2009 00 427 A1 zeigt ein Getriebesteuermodul, bei dem ein Schaltungsträger mit Hilfe einer medienresistenten Umhüllung gegen aggressive Fluide geschützt wird.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ermöglicht in ihren Ausführungsformen eine Bereitstellung eines Getriebesteuermoduls, das vorteilhaft direkt in ein Kraftfahrzeuggetriebe integriert werden kann und bei dem Leiterbahnen keiner Degradation durch aggressive Fluide ausgesetzt sind. In anderen Ausführungsformen ermöglicht die vorliegende Erfindung eine Verwendung einer Leiterplatte in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeuggetriebe, wobei Leiterbahnen der Leiterplatte keiner Degradation durch aggressive Fluide unterliegen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Getriebesteuermodul vorgeschlagen, bei dem elektrische Bauteile zur Implementierung einer Getriebekontrollfunktion elektrisch miteinander verschaltet sind. Die elektrische Verschaltung erfolgt dabei mit Hilfe von Leiterbahnen, die an einer Leiterplatte vorgesehen sind. Die Leiterbahnen bestehen hierbei im Wesentlichen aus einem anderen elektrisch leitfähigen Material als Kupfer.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Verwendung einer Leiterplatte in einem Kraftfahrzeug vorgeschlagen, wobei die Leiterplatte Leitungsbahnen zur elektrischen Verschaltung von elektrischen Bauteilen aufweist und die Leitungsbahnen im Wesentlichen aus einem anderen elektrisch leitfähigen Material als Kupfer bestehen.
Eine den Ausführungsformen der Erfindung zugrunde liegende Idee bzw. Erkenntnis kann darin gesehen werden, dass festgestellt wurde, dass insbesondere die in Fahrzeuggetrieben verwendeten aggressiven Fluide wie beispielsweise Getriebeöl die herkömmlich auf einem Schaltungsträger verwendeten Leiterbahnen, die im Wesentlichen aus Kupfer bestehen, mit der Zeit angreifen. Beispielsweise wurde beobachtet, dass über die Lebensdauer eines Fahrzeuggetriebes von beispielsweise bis zu 20 Jahren das Getriebeöl die mit dem Getriebeöl in Kontakt stehenden Leiterbahnen stark korrodieren kann. Insbesondere Additive des Getriebeöls wie beispielsweise Schwefel, aber auch das Grundöl selbst, können mit dem Kupfer der Leiterbahnen reagieren, wodurch dieses in Lösung gehen kann. Als Folge kann es zu Unterbrechungen der Leiterbahnen kommen, was letztendlich Fehlfunktionen oder sogar einen Ausfall des Getriebesteuermoduls nach sich ziehen kann.
Basierend auf dieser Erkenntnis wird insbesondere für den Fall, dass eine Halterung des Getriebesteuermoduls derart ausgebildet und die Leiterplatte in dem Getriebesteuermodul derart angeordnet ist, dass das Getriebesteuermodul derart in einem Fahrzeuggetriebe integriert werden kann, dass die Leiterbahnen mit einer Getriebeflüssigkeit in Kontakt kommen, vorgeschlagen, dass die Leiterbahnen im Wesentlichen aus einem anderen elektrisch leitfähigen Material als Kupfer bestehen. Mit anderen Worten sollen die Leiterbahnen im Wesentlichen kein Kupfer enthalten, d.h. kupferarm oder vorzugsweise kupferfrei sein. Unter „im Wesentlichen“ kann in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass die Leiterbahnen maximal so viel Kupfer enthalten, dass die Leiterbahnen sogar bei einem vollständigen Entfernen dieses Kupferanteils funktionsfähig bleiben, wobei für die Beurteilung der Funktionsfähigkeit die für den jeweiligen Anwendungsfall zu erreichende Stromtragfähigkeit in Betracht gezogen werden sollte.
Da in den Leiterbahnen auf das gegen beispielsweise Getriebeöl empfindliche Kupfer verzichtet wird, kann die Leiterplatte einschließlich der Bauteile und Leiterbahnen auch beispielsweise in den rauen Bedingungen eines Fahrzeuggetriebes eingesetzt werden, ohne dass Bereiche der Leiterplatte bzw. der Leiterbahnen beispielsweise durch eine Abdeckung oder eine Kapselung vor einem Kontakt mit aggressiver Flüssigkeit aus dem Getriebe geschützt zu werden bräuchte. Beispielsweise kann die Leiterplatte als einfache oder mehrlagige Leiterplatte ausgestaltet sein und somit das gesamte Getriebesteuermodul als einfach und kostengünstig herzustellende elektrische Schaltung mit Hilfe der großindustriell gut beherrschbaren Leiterplattentechnologie ausgebildet werden. Lediglich die Leiterbahnen einer solchen Leiterplatte werden hierbei statt mit dem herkömmlich verwendeten Kupfer mit anderen Materialien ausgebildet, um eine Leiterplatte mit ausreichender Stromtragfähigkeit, um Signalströme zu übertragen, bereitzustellen.
Beispielsweise können die Leiterbahnen mit einem elektrisch leitfähigen Kunststoff ausgebildet werden und vorzugsweise überwiegend aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff bestehen.
Unter „überwiegend“ soll in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass wenigstens 50 vol-% einer Leiterbahn aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff bestehen und vorzugsweise ein Anteil an anderen Materialien wie insbesondere Kupfer so gering ist, dass ein Verlust dieser Materialien bzw. des Kupfers beispielsweise durch Korrosion nicht zu einer wesentlichen Beeinträchtigung der Funktion der Leiterplatte führt.
Als elektrisch leitfähige Kunststoffe können beispielsweise hochgefüllte Kunststoffe eingesetzt werden, wobei der Füllstoff in der Regel aus Nickel oder Silber bestehen kann und der Kunststoff Epoxydharzsysteme oder Silikone sein können. Alternativ können verzinnte Kupferflakes als Füllstoff eingesetzt werden. Als Matrix für den Füllstoff können weiterhin Thermoplaste wie z.B. Polyamid dienen. Solche elektrisch leitfähigen Kunststoffe können eine hohe Chemikalienbeständigkeit sowie hohe Haftkräfte aufweisen. Der elektrisch leitfähige Kunststoff kann hierbei eine spezifische elektrische Leitfähigkeit von wenigstens 10^–4 Ω cm haben.
Alternativ können die Leiterbahnen überwiegend aus einem Metall oder einer Kombination von Metallen bestehen, wobei das Metall bzw. die Metalle resistent gegen Getriebeöl sein sollen. Beispielsweise können die Leiterbahnen überwiegend aus Nickel, Gold, Zinn, Silber und/oder Palladium ausgebildet sein. Hierbei können Silber und Gold aufgrund ihrer sehr hohen elektrischen Leitfähigkeit insbesondere für Anwendungen, welche eine hohe Stromtragfähigkeit fordern, interessant sein. Nickel und Zinn weisen zwar eine niedrigere Leitfähigkeit auf, sind aber deutlich kostengünstiger.
In einer Ausführungsform kann das Getriebesteuermodul eine Leiterplatte mit mehreren Leiterbahnen aufweisen, die in verschiedenen Ebenen verlaufen. Solche mehrlagigen Leiterplatten ermöglichen komplexe Verschaltungsstrukturen zwischen elektrischen Bauteilen, wobei sich Leiterbahnen, die in verschiedenen Ebenen verlaufen, in Draufsicht auch kreuzen können, ohne dass es zu Kurzschlüssen käme.
Bei dem vorgeschlagenen Getriebesteuermodul können solche mehrlagigen Leiterplatten insbesondere derart ausgestaltet sein, dass zumindest außenliegende Leiterbahnen der mehrlagigen Leiterplatte im Wesentlichen aus einem anderen Material als Kupfer bestehen. Die außenliegenden Leiterbahnen, die im Einsatz in dem Kraftfahrzeuggetriebe in Kontakt mit aggressiven Fluiden kommen, unterliegen somit nicht einer Degradation aufgrund eines chemischen Angriffes von in den Leiterbahnen enthaltenem Kupfer. Die innenliegenden Leiterbahnen der Leiterplatte, die nicht direkt in Kontakt mit den aggressiven Fluiden gelangen, können dabei herkömmliche Leiterbahnen aus Kupfer sein oder ebenfalls wie die außenliegenden Leiterbahnen im Wesentlichen kupferfrei ausgebildet sein.
In Ausführungsformen bietet die vorliegende Erfindung die Möglichkeit, im Wesentlichen Leiterplattentechnologie für die Realisierung eines Getriebesteuermoduls und dessen Einsatz in aggressiven Fluiden wie Ölen eines Getriebes einzusetzen. Hierbei ist keine Abdeckung oder Verkapselung der Leiterbahnen nötig. Es wird eine kostengünstige Alternative zu Getriebesteuerungen auf Basis von Stanzgittern geboten. Ferner wird eine kostengünstige Technologie für Kleinserien ermöglicht. Hierdurch kann eine Verkürzung von Entwicklungszeiten, insbesondere beispielsweise bei der Herstellung von Mustern, und eine Einsparung von Werkzeugkosten ermöglicht werden.
Es wird angemerkt, dass mögliche Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung hierin teilweise mit Bezug auf ein Getriebesteuermodul und teilweise mit Bezug auf die Verwendung eienr Leiterplatte in einem Kraftfahrzeug beschrieben sind. Ein Fachmann wird erkennen, dass die einzelnen Merkmale in vorteilhafter Weise miteinander kombiniert bzw. ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen und insbesondere zu möglichen Synergieeffekten zu gelangen.
Ferner wird angemerkt, dass der Begriff „Getriebesteuermodul“ breit auszulegen ist und insbesondere alle elektrischen Schaltungen umfassen soll, die in einem Kraftfahrzeug zur Steuerung eines Getriebes, insbesondere eines Automatikgetriebes, genutzt werden, wie z.B. Sensormodule, Aktuatormodule, Überwachungsmodule, Steuermodule, Regelmodule, etc.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Beschreibung noch die Zeichnungen als die Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen.
1 zeigt eine Draufsicht auf ein Getriebesteuermodul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt eine Schnittansicht einer mehrlagigen Leiterplatte für ein Getriebesteuermodul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt ein sehr schematisch dargestelltes Getriebesteuermodul 1, welches dazu ausgestaltet ist, ein Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeuges zu steuern. Auf einer Leiterplatte 3 sind mehrere elektrische Bauteile 7, 9, 11 vorgesehen, die eine Getriebekontrollfunktion implementieren. Die elektrischen Bauteile 7, 9, 11 sind durch Leiterbahnen 5 miteinander elektrisch verschaltet. Zur elektrischen Kontaktierung hin zu anderen Geräten innerhalb des Kraftfahrzeugs sind Anschlüsse 13 vorgesehen. Als einfache Ausgestaltung einer Halterung 17 sind an den Ecken der Leiterplatte 3 Öffnungen vorgesehen, an denen die Leiterplatte 3 beispielsweise im Inneren eines Getriebegehäuses angeschraubt werden kann.
Die Leiterplatte 3 oder Platine oder gedruckte Schaltung (englisch: Printed Circuit Board, PCB) dient als Träger sowohl zur mechanischen Befestigung der Bauteile 7, 9, 11 wie auch zu deren elektrischen Verbindung mit Hilfe der Leiterbahnen 5. Gemäß herkömmlicher Leiterplattentechnologie kann die Leiterplatte aus einem elektrisch isolierenden Material mit daran anhaftenden leitfähigen Verbindungen zur Bildung der Leiterbahnen ausgestaltet sein. Als isolierendes Material kann beispielsweise faserverstärkter Kunststoff verwendet werden. Die Bauteile 7, 9, 11 werden typischerweise auf Lötflächen, sogenannten Pads, oder Lötaugen durch Lötverbindungen gehalten, können jedoch auch in anderer Weise an der Leiterplatte mechanisch befestigt und mit dieser elektrisch verbunden werden. Beispielsweise können elektrisch leitfähige Klebstoffe verwendet werden.
Die Leiterbahnen 5 weisen elektrisch leitfähiges Material auf, wobei jedoch im Wesentlichen auf Kupfer als leitfähiges Material verzichtet wird. Stattdessen können die Leiterbahnen 5 z.B. aus elektrisch leitfähigem Kunststoff oder aus anderen Metallen wie z.B. Nickel, Gold, Zinn, Silber oder Palladium oder Kombinationen solcher Metalle bestehen.
In 2 ist eine Leiterplatte 3 in Form einer mehrlagigen Platine im Querschnitt dargestellt. In einem Stapel 55, in dem mehrere Platinen übereinander gestapelt sind, sind Leiterbahnen 51, 52, 53 in verschiedenen Ebenen ausgebildet. Außen an dem Stapel 55 sind außenliegende Leiterbahnen 5 sowie nach außen hin freiliegende Kontakte 13 vorgesehen. Der Stapel 55 ist durch isolierendes Material 15 wie z.B. einen Lötstopplack eingepackt. Zumindest die außenliegenden Leiterbahnen 5 bestehen aus einem kupferarmen bzw. kupferfreien Material.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10200900427 A1 [0004]

Claims

Getriebesteuermodul (1) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend: elektrische Bauteile (7, 9, 11) zur Implementierung einer Getriebekontrolfunktion; und eine Leiterplatte (3) mit Leiterbahnen (5) zur elektrischen Verschaltung der elektrischen Bauteile (7, 9, 11); dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (5) im Wesentlichen aus einem anderen elektrisch leitfähigen Material als Kupfer bestehen.
Getriebesteuermodul nach Anspruch 1, wobei eine Halterung (17) des Getriebesteuermoduls (1) derart ausgebildet ist und die Leiterplatte (3) in dem Getriebesteuermodul (1) derart angeordnet ist, dass das Getriebesteuermodul (1) derart in einem Fahrzeuggetriebe zu integrieren ist, dass die Leiterbahnen (5) mit einer Getriebeflüssigkeit in Kontakt kommen.
Getriebesteuermodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Leiterbahnen (5) überwiegend aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff bestehen.
Getriebesteuermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Leiterbahnen (5) überwiegend aus einem Metall bestehen, welches gegen Getriebeöl resistent ist.
Getriebesteuermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Leiterbahnen (5) überwiegend aus einem Metall bestehen ausgewählt aus der Gruppe umfassend Nickel, Gold, Zinn, Silber, und Palladium.
Getriebesteuermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Leiterplatte (3) mehrere Leiterbahnen (5) aufweist, die in verschiedenen Ebenen verlaufen.
Getriebesteuermodul nach Anspruch 7, wobei zumindest außenliegende Leiterbahnen (5) im Wesentlichen aus einem anderen Material als Kupfer bestehen.
Verwendung einer Leiterplatte (3) in einem Kraftfahrzeug, wobei die Leiterplatte (3) Leiterbahnen (5) zur elektrischen Verschaltung von elektrischen Bauteilen (7, 9, 11) aufweist und wobei die Leiterbahnen (5) in Kontakt mit einem chemisch aggressiven Fluid kommen; dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (5) im Wesentlichen aus einem anderen elektrisch leitfähigen Material als Kupfer bestehen.